EP0258684A2 - Verfahren zur Herstellung eines Wirrfaserstoffs aus Glasfasern und Polymer für die Herstellung glasfaserverstärkter Kunststoffformteile sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Wirrfaserstoffs aus Glasfasern und Polymer für die Herstellung glasfaserverstärkter Kunststoffformteile sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Download PDF

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EP0258684A2
EP0258684A2 EP87111503A EP87111503A EP0258684A2 EP 0258684 A2 EP0258684 A2 EP 0258684A2 EP 87111503 A EP87111503 A EP 87111503A EP 87111503 A EP87111503 A EP 87111503A EP 0258684 A2 EP0258684 A2 EP 0258684A2
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EP
European Patent Office
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glass fiber
binder
swirl chamber
fibers
compressed air
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EP87111503A
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EP0258684B1 (de
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Gerd Ehnert
Manfred Dipl.-Ing. Ehlers
Gerhard Sauer
Klaus Vogel
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Menzolit GmbH
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Menzolit GmbH
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    • Y10T442/50—FELT FABRIC

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a tangled fiber material from cut glass fiber bundles and a polymer-based binder as a starting product for the production of glass fiber reinforced plastic molded parts and a device for carrying out the aforementioned method.
  • the invention relates primarily to processing of cut glass fibers, but is equally applicable to other inorganic fibers or synthetic organic fibers such as carbon fibers, aramid fibers or polyester fibers. Insofar as one speaks of glass fibers, these can also be replaced by the aforementioned fibers having the same effect.
  • Cut glass fibers are processed on a large scale to form glass fiber reinforced plastic parts. Problems arise in the processing of the glass fibers into a random fiber material, since the glass fiber is at least comparatively rigid against organic fibers. In addition, the glass fibers are cut to length by multifilament fiber strands, so that this results in glass fiber bundles within which the individual glass fibers or individual fibers lie parallel and closely to one another. These fiber bundles can only be processed with difficulty with individual fibers that are tangled. In practice happens W is irrfaserstoff Guess believing either processed by scattering of the fibers to form a web and impregnating the web with liquid resin or the fibers in the liquid phase to a slurry, which ischtown by stirring or M processed into a tangled fibrous material.
  • liquid synthetic resins or powdery binders are used in conjunction with an aqueous slurry. In the latter case, the slurry is dried after a non-woven fabric is formed.
  • the invention is based on the object of proposing a method and a device for the production of random fibers from cut glass fiber bundles as a starting product for the production of glass fiber reinforced molded parts which work on a dry basis.
  • This object is achieved in that the glass fiber bundles are swirled in a turbulent air flow and filamented and the binder is added in powder form at least during the swirling.
  • the binder is advantageously introduced into the air flow together with the glass fibers.
  • the glass fibers and the binder are accelerated differently due to their different structure (fibers or powder granules), and the binder particles are practically shot into the glass fibers.
  • Complete homogeneous mixing is not achieved if the fibers are first swirled and only then is the binder added and mixing is attempted. At best, this is achieved locally.
  • the procedure according to the invention first causes the binder to be mechanically anchored between the glass fibers, as a result of which the binder grains or powder particles are surrounded by glass fibers and held between them.
  • the mechanical anchoring can be further improved by adding powdered binder with an angular and rough surface shape.
  • the components are electrostatically charged during swirling. This ensures that the components stick together electrostatically.
  • the random fibrous material obtained in the manner according to the invention which, as said, has a cotton-like consistency, is preferably compacted into a felt-like structure.
  • the tangled fibrous material can then be handled for further processing, for example it can be packaged in foil packs and passed on to the processor, or it can be further processed into a plate material as an intermediate product immediately after the nonwoven production using pressure and heat.
  • the compression can take place in particular in that the tangled fiber material is packaged in bags under vacuum. To the extent that the binder has been intermingled with the fibers, this largely precludes phase separation of fibers and binders during storage and transport.
  • a device for carrying out the method is initially characterized by a swirl chamber with ventilation and a compressed air line flowing into it, and at least one feed device for the glass fiber bundle and the binder powder.
  • the glass fibers are entered into the compressed air line via the feed device and entrained by the compressed air flow. This compressed air flow is then set in a strong turbulent vortex flow in the subsequent swirl chamber, the glass fibers being separated and brought into a loose tangle.
  • the glass fibers can be fed directly into the swirl chamber.
  • the aforementioned device is further characterized by at least one feed device for the binder powder, so that within the swirl chamber not only the glass fibers are broken down into a random fiber material, but also mixed with the dry binder at the same time.
  • the compressed air line has an orifice piece which extends into the swirl chamber and is movable in a changing direction with respect to the swirl chamber.
  • the mouthpiece can, for example, be set into an oscillating movement transversely to the flow axis or also into a movement rotating about the flow axis, as a result of which a constantly changing vortex flow arises within the vortex chamber. This enables particularly effective and rapid production of the tangled fiber material.
  • the vortex chamber as a container with an over the B e- fiscally extending discharge port is formed, and in particular that a from the opposite in the container the discharge side is dipping provided and by moving the discharge opening discharge gate.
  • a compression device is connected to the discharge opening in order to produce the pre-compressed felt from the random fibrous material.
  • This compression device can advantageously be formed by the discharge slide and a counter-pressure plate arranged at a distance from the discharge opening. In this way, the tangled fiber material is preformed into a felt immediately after it is discharged from the swirl chamber.
  • Either a heated one can be connected to the compression device Belt press for further processing of the compressed glass fiber felt to glass fiber reinforced plastic plates as an intermediate for the production of molded parts or a device for packaging the glass fiber felt in film packs.
  • the first case handleable as an intermediate glass fiber-reinforced plastic sheets, which can be input or immediately after its preparation in a heated molding press supplied but pus processors to a W arise.
  • the felt can be packaged in the form given to it.
  • the packaging film is preferably made of the same material as the matrix (thermoplastic) of the felt or of a compatible, compatible material, so that it can be used in the manufacture of the molded part.
  • the individual components can be changed quickly and in small batches or their quantity can be changed, so that the matrix (thermoplastic) and reinforcement type can be optimally adapted to the particular requirement profile of the molded parts at any time, for example when changing the tools for producing the molded parts can.
  • the V invention offers the possibility of producing glass fiber-reinforced products with reduced investment costs and energy expenditure, especially since several different molding tools can be arranged after a swirl chamber.
  • V generated felt or cotton-like intermediate product A significant advantage of the experience by the inventive V generated felt or cotton-like intermediate product is that the same, like a better flowability of the heated product is given in the further processing by the random orientation of the individual fibers and not merely of bundles in the prior art.
  • the invention further provides a product for the production of fiber-reinforced thermoplastic parts, which is characterized by a cotton-like felt, in which the individual fibers are almost completely isolated and assume an irregular arrangement and distribution.
  • a product for the production of fiber-reinforced thermoplastic parts which is characterized by a cotton-like felt, in which the individual fibers are almost completely isolated and assume an irregular arrangement and distribution.
  • the individual fibers are almost completely isolated and assume an irregular arrangement and distribution.
  • Semifinished product and molded part can in principle be produced in a known manner following the process steps according to the invention.
  • the starting point is glass fibers, which are provided and fed via a feed device 3.
  • glass fibers instead of glass fibers, carbon fibers, aramid fibers, polyester fibers or the like can also be used.
  • the binder is also provided. This initially has a thermoplastic, such as polypropylene, as a matrix. It should only be noted here that the thermoplastic must be supplied as a powder and, at best, in the form of semolina, so that a granulate may need to be further refined by means of a mill.
  • the binder can also contain carbon black, wax and other additives. The individual components are mixed in a conventional manner in a heating / cooling mixer and made available in a bunker.
  • the individual components namely glass fiber and binder, are metered and fed to the swirl chamber 1, into which compressed air is also blown in for swirling. Since no increased pressure is built up in the swirl chamber 1, but only the individual components are to be swirled, its walls consist of filter material through which the blown-in air can escape, but which retains the material components.
  • glass fibers, binders and air are each fed separately to the swirl chamber 1; instead, glass fibers and binders can also be metered into a feed hopper together and fed to the swirl chamber together. They can also not be fed directly into the swirl chamber, but instead into a compressed air line leading to the swirl chamber 1, this will be explained in more detail below.
  • a discharge opening is opened (by means of the slide 4) and the swirled material is expelled from the swirl chamber 1 as a "cotton ball” or felt 9.
  • the cotton ball or felt 9 is guided between foils 16 and packed by them in vacuum in endlessly arranged bags 21.
  • the metered felts 9 can be stored and transported without fear of disadvantageous separation of the individual components.
  • the felt 9 is fed to a compression station and then further processed in a suitable manner, namely melted, optionally metered, fed to a press and pressed to the molded part in a manner known per se.
  • fiber bundles with a length of 4 to 25 mm and a texturing of are preferably 5.5 to 300 Tex. used.
  • the fiber bundles can consist of 200 to 800 individual filaments with individual thread diameters in the order of 5 to 20, preferably 8 to 14 pm.
  • the good swirling and thus the possibility of formation of tangles is particularly evident from the fact that when glass fibers are fed in the above-mentioned range with a bulk density of 600 to 800 g per liter and binders with a bulk density of 500 g per liter, the "cotton product produced after the swirling "has a density of 20g per liter before compression.
  • the air blown into the vortex chamber can be supplied at a pressure which can be varied within wide limits, although the pressure should not be less than 0.5 bar, since sufficient turbulence can then no longer be achieved.
  • the mixing is improved with higher pressure and, on the other hand, an equally good mixing is achieved in a shorter time at higher pressure.
  • a pressure of the order of 7 to 10 bar is therefore preferably used, with good mixing with the above-mentioned bulk density being achievable at 7 bar in a time of 10 to 15 seconds for the starting components likewise mentioned.
  • the device shown in FIG. 2 has as its core a container-like swirl chamber 1, into which a compressed air line 2 opens near the floor.
  • the compressed air line 2 is provided with a feed device, for example in the form of a feed funnel 3, into which an amount of glass fibers matched to the size of the swirl chamber and a correspondingly metered amount of binder powder are introduced. Glass fibers and binders are entrained by the compressed air flow in line 2, for example by the action of an injector.
  • the bottom of the swirl chamber 1 is one Slider 4 formed, which closes the container down in the position shown and releases the entire container cross-section in the open position, not shown.
  • the container 1 is provided with a vent, which is formed, for example, by a filter 5.
  • a discharge slide 6 sits behind the filter and approximately fills the cross section of the container 1 and is driven by means of a lifting cylinder 7.
  • the glass fibers added to the feeding device 3 and the binder powder flow into the container 1 at high speed and are deflected there into an irregular vortex flow, as indicated by arrows. Over time, a tangled fiber material forms from the disrupted glass fiber bundles within the container 1, which is at the same time homogeneously mixed with the binder powder.
  • a conveyor belt 8 rotates below the container 1, a counter-pressure plate (not shown) being arranged directly below the container 1 and below the conveyor belt. Together with the discharge slide 6, this forms a compression device. After opening the slide 4 and releasing the discharge opening, the discharge slide 6 moves down and pushes the voluminous random fibrous material in front of it and compresses it into a felt 9 against the counter-pressure plate located below the conveyor belt 8.
  • the felt 9 is fed to a belt press 10 in cyclical operation, which is provided with upper and lower heating devices 11, so that the felt 9 is compressed into a glass fiber reinforced plastic plate as an intermediate product.
  • the counter-pressure plate 12 forming part of the compression device is he recognizable. Otherwise, the swirl chamber and the components assigned to it essentially correspond to the embodiment according to FIG. 1.
  • a transport slide 13 runs over the counterpressure plate 12 and conveys the pre-compressed felt down from the counterpressure plate 12.
  • a packaging device 14 which has two feed rollers 15 for one film 16 each, as well as a welding device 17 and a packing cylinder 18.
  • the felt 9 pushed off the counterpressure plate 12 by means of the slider 13 is stamped between the two foils 16 by the packing cylinders 18 and the foil is then transported in cycles, the welding device 17 enclosing the portions of random fibrous material between the foils.
  • the compressed air line 2 can have a protruding into the container 1 mouthpiece 19, the direction of which can be changed by moving the mouthpiece, so that it is avoided that a constant vortex within the Container 1 forms.
  • FIG. 4 shows an alternative embodiment of the swirl chamber 1.
  • the swirl chamber 1 is designed as a horizontal cylinder which is covered with the filter 5 on its end faces.
  • the upper cylinder jacket half 22 is firm and impermeable.
  • the lower cylinder half 23 is designed as a slide valve which can be displaced along the jacket 22, so as to open up a dispensing opening 24.
  • the feed hopper 3, into which the individual components, in particular glass fibers and binders, are metered in, is arranged laterally, approximately halfway up the swirl chamber 1.
  • the feed hopper 3 is closed towards the swirl chamber 1 by means of a slide 26 which is used to feed the Material can be opened in the swirl chamber.
  • the pressure air line 2 led into the swirl chamber 1 approximately tangentially to the circumference of the cylinder jacket, the inflowing air flowing in from the feed hopper 3 against the direction of pouring of the material.
  • the discharge opening 24 is delimited by a chute which is formed by baffles 27 which converge towards one another. The falling out by opening the slide 23 from the vortex chamber 1 through the chute 27 material may then be filled olien milkn in the manner described above in F or compacted, if appropriate also in other than the above manner explained, and then further processed.
  • the tangled fibrous material can also be packaged in from the one described with reference to Figure 3 A manner deviating rt.
  • the packaging device 14 of FIG. 5 has a cylinder roller 31 which has semi-circular cutouts 32 on its circumferential edge which are delimited on the end face.
  • two feed rollers 15 for one film 16 each and a welding device 17 are also provided.
  • the cylinder roller 31 is arranged under the chute 27 of the swirl chamber 1 (FIG. 4). A film web 16 is inserted into the recess 32 in the jacket of the cylinder roller 31.
  • the corresponding recess 32 with inserted film 36 is passed under the chute 27, this preferably taking place in the same cycle as the swirling of individual portions in the swirl chamber 1.
  • a portion of the tangled fiber material swirled in the swirl chamber 1 slips into the corresponding recess 32.
  • a further film 16 is placed over the tangled fiber material located in the recess 32 and between two sides of the cylinder roller Recesses 32 are welded to the first inserted film by means of the welding device 17, so that individual portion packs or bags 21 are formed.

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Abstract

Zur Herstellung eines Wirrfaserstoffs aus geschnittenen Glasfaserbündeln werden diese in einen Druckluftstrom eingegeben und die mit Glasfasern beladene Luft in eine turbulente Wirbelströmung wechselnder Richtung umgelenkt, wodurch ein Wirrfaserstoff von watteförmiger Konsistenz entsteht. Durch gleichzeitige Zugabe von trockenem Bindemittelpulver auf Polymerbasis läßt sich ein Wirrfaserstoff als Ausgangsprodukt für die Herstellung glasfaserverstärkter Kunststoff-Formteile erhalten, der zu einem Filz verdichtet werden kann. Dieser wiederum kann als Zwischenprodukt abgepackt oder in einer beheizten Bandpresse zu glasfaserverstärkten Kunststoffplatten weiterverarbeitet werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wirrfaserstoffs aus geschnittenen Glasfaserbündeln und einem Bindemittel auf Polymerbasis als Ausgangsprodukt für die Herstellung glasfaserverstärkter Kunststofformteile und eine Vorrichtung zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens.
  • Die Erfindung betrifft zwar in erster Linie die Verarbeitung von geschnittenen Glasfasern, ist aber in gleicher Weise auf andere anorganische Fasern oder synthetische organische Fasern, wie Kohlefasern, Aramidfasern oder auch Polyesterfasern anwendbar. Soweit von Glasfasern gesprochen wird, können diese auch durch die vorgenannten, gleichwirkenden Fasern ersetzt werden.
  • Geschnittene Glasfasern werden in großem Umfang zu glasfaserverstärkten Kunststofformteilen verarbeitet. Hierbei ergeben sich Probleme bei der Aufbereitung der Glasfasern zu einem Wirrfaserstoff, da die Glasfaser zumindestens gegenüber organischen Fasern vergleichsweise biegesteif ist. Hinzu kommt, daß die Glasfasern von multifilen Fasersträngen auf Länge geschnitten werden, so daß hierbei Glasfaserbündel entstehen, innerhalb der die einzelnen Glasfasern oder Einzelfasern parallel und eng aneinander liegen. Diese Glasfaserbündel lassen sich nur mit Schwierigkeiten zu wirr liegenden Einzelfasern aufbereiten. In der Praxis geschieht die Wirrfaserstoffbildung entweder durch Ausstreuen der Fasern zu einem Vlies und einem Imprägnieren des Vlieses mit flüssigem Kunstharz oder es werden die Fasern in flüssiger Phase zu einer Aufschlämmung verarbeitet, die durch Rühr-oder Mischbewegung zu einem Wirrfaserstoff verarbeitet wird. Auch hierbei werden entweder flüssige Kunstharze oder aber pulvrige Bindemittel in Verbindung mit einer wässrigen Aufschlämmung eingesetzt. Im letztgenannten Fall wird die Aufschlämmung nach Bildung eines Wirrfaservlieses getrocknet.
  • Es ist ferner vorgeschlagen worden (P 36 04 888.7), flüssige Benetzungsmittel mit einem Anteil von maximal 20 Gew.-% zuzusetzen, um so eine feuchte, jedoch noch rieselfähige Masse zu erhalten, die als Zwischenprodukt in Kunststoffbeuteln verpackt an den Weiterverarbeiter weitergeben oder in einer beheizten Bandpresse zu vorgeformten Plattenmaterial verarbeitet werden kann. Aus diesen Zwischenprodukten lassen sich dann die gewünschten glasfaserverstärkten Kunststoff-formteile herstellen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Wirrfaserstoffen aus geschnittenen Glasfaserbündeln als Ausgangsprodukt für die Herstellung glasfaserverstärkter Formteile vorzuschlagen, die auf trockener Basis arbeiten.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Glasfaserbündel in turbulenter Luftströmung verwirbelt werden und auffilamentiert werden und das Bindemittel zumindestens während des Verwirbelns in Pulverform zugegeben wird.
  • Praktische Versuche haben gezeigt, daß die sonst stark richtungsorientierten und aneinander haftenden Glasfaserbündel mit dem erfindungsgemäßen Druckluftverfahren zu einem Wirrfaserstoff aufgeschlossen,also auffilamentiert werden können, bei dem einerseits die kurzen Einzelfasern vollständig vereinzelt sind, andererseits eine völlig irreguläre Anordnung und Verteilung einnehmen. Aus den geschnittenen Glasfaserbündeln läßt sich auf diese Weise ein voluminöser watteähnlicher Faserstoff herstellen, der sich durch ein Höchstmaß an Desorientierung der einzelnen Glasfasern auszeichnet.
  • Anläßlich der vorgenannten Herstellung des Wirrfaserstoffs wird zugleich auch das Kunststoffbindemittel in Pulverform zugegeben, da beim Aufschließen der Glasfasern durch Verwirbeln im Druckluftstrom bei gleichzeitigem Eintrag des Bindemittelpulvers eine hervorragend homogene Mischung entsteht, in der das Bindemittelkorn an den Glasfasern haftet bzw. in dem watteförmigen Wirrfaserstoff in homogener Verteilung festgehalten wird. Mit Vorteil wird das Bindemittel zusammen mit den Glasfasern in die Luftströmung eingegeben. Bei der Verwirbelung werden die Glasfasern und das Bindemittel aufgrund ihrer unterschiedlichen Struktur (Fasern bzw. Pulverkörnchen) unterschiedlich beschleunigt und so die Bindemittelteilchen praktisch in die Glasfasern hinein geschossen. Eine vollständige homogene Durchmischung wird nicht erreicht, wenn zunächst ein Verwirbeln der Fasern erfolgt und erst anschließend das Bindemittel zugegeben und eine Vermischung versucht wird. Eine solche wird dann bestenfalls lokal erreicht.
  • Durch das erfindungsgemäße Vorgehen wird zunächst eine mechanische Verankerung des Bindemittels zwischen den Glasfasern bewirkt, wodurch die Bindemittelkörner oder -pulverteilchen von Glasfasern umgeben und zwischen diesen gehalten werden. Die mechanische Verankerung kann weiterhin dadurch verbessert werden, daß pulverförmiges Bindemittel mit einer kantigen und rauhen Oberflächengestalt zugeführt wird. In weiterer bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, daß beim Verwirbeln die Komponenten elektrostatisch aufgeladen werden. Hierdurch wird ein elektrostatisches Aneinanderhaften der Komponenten erreicht.
  • Vorteilhafterweise liegt die Rezeptur des Bindemittelpulvers in den folgenden Bereichen:
    • Thermoplast-Pulver 50 bis 90 Gew.-%, Ruß 0 bis 15 Gew.-%, Antioxidantien 0 bis 5 Gew.-% und sonstige, wie mineralische Füllstoffe, insbesondere Kreide, Talkum oder dergleichen 0 bis 30 Gew.-%.
  • Der auf erfindungsgemäße Weise erhaltene Wirrfaserstoff, der, wie gesagt, von watteförmiger Konsistenz ist, wird vorzugsweise zu einem filzartigen Gebilde verdichtet. In dieser Form ist dann der Wirrfaserstoff für die Weiterverarbeitung handhabbar, beispielsweise kann er in Folienpackungen abgepackt und an den Verarbeiter weitergegeben oder aber unmittelbar nach der Vliesherstellung unter Anwendung von Druck und Wärme zu einem Plattenmaterial als Zwischenprodukt weiterverarbeitet werden. Die Verdichtung kann insbesondere dadurch erfolgen, daß die Abpackung des Wirrfaserstoffs unter Vakuum in Beuteln erfolgt. Soweit das Bindemittel mit den Fasern verwirbelt wurde wird hierdurch eine Phasentrennung von Fasern und Bindemitteln während Lagerung und Transport weitgehend ausgeschlossen.
  • Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeichnet sich zunächst aus durch eine Wirbelkammer mit Entlüftung und eine in diese einmündende Druckluftleitung sowie wenigstens eine Aufgabeeinrichtung für die Glasfaserbündel und das Bindemittelpulver.
  • Die Glasfasern werden über die Aufgabeeinrichtung gemäß einer Ausgestaltung in die Druckluftleitung eingegeben und von dem Druckluftstrom mitgerissen. Dieser Druckluftstrom wird dann in der anschließenden Wirbelkammer in eine starke turbulente Wirbelströmung versetzt, wobei die Glasfasern vereinzelt und in eine lockere Wirrlage gebracht werden. Alternativ können die Glasfasern direkt in die Wirbelkammer eingegeben werden.
  • Mit Vorzug zeichnet sich die vorgenannte Vorrichtung weiterhin aus durch wenigstens eine Aufgabeeinrichtung für das Bindemittelpulver, so daß innerhalb der Wirbelkammer in einem Arbeitsgang nicht nur das Aufschließen der Glasfasern zu einem Wirrfaserstoff, sondern zugleich auch das Vermischen mit dem trockenen Bindemittel erfolgt.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Druckluftleitung ein in die Wirbelkammer reichendes Mündungsstück auf, das in ändernder Richtung mit Bezug auf die Wirbelkammer beweglich ist. Das Mundstück kann beispielsweise quer zur Strömungsachse in eine oszillierende Bewegung oder auch in eine um die Strömungsachse rotierende Bewegung versetzt werden, wodurch innerhalb der Wirbelkammer eine sich ständig ändernde Wirbelströmung entsteht. Hierdurch ist eine besonders effektive und schnelle Herstellung des Wirrfaserstoffs möglich.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Wirbelkammer als Behälter mit einer sich über den Be-hälterquerschnitt erstreckenden Austragsöffnung ausgebildet ist und insbesondere daß ein in den Behälter von der der Austragsöffnung gegenüberliegenden Seite eintauchender und bis zur Austragsöffnung beweglicher Austragsschieber vorgesehen ist. Mittels dieses Austragsschiebers läßt sich der sich im Behälter ansammelnde Wirrfaserstoff in einfacher Weise austragen.
  • Gemäß einem weiteren Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist an die Austragsöffnung eine Verdichtungseinrichtung angeschlossen, um aus dem Wirrfaserstoff den vorverdichteten Filz herzustellen.
  • Diese Verdichtungseinrichtung kann mit Vorteil von dem Austragsschieber und einer mit Abstand von der Austragsöffnung angeordneten Gegendruckplatte gebildet sein. Auf diese Weise wird der Wirrfaserstoff unmittelbar nach dem Austragen aus der Wirbelkammer zu einem Filz vorgeformt.
  • An die Verdichtungseinrichtung kann entweder eine beheizte Bandpresse zur Weiterverarbeitung des verdichteten Glasfaserfilzes zu glasfaserverstärkten Kunststoffplatten als Zwischenprodukt für die Herstellung von Formteilen oder aber eine Einrichtung zum Abpacken des Glasfaserfilzes in Folienpackungen angeschlossen sein. Im ersten Fall entstehen als Zwischenprodukt handhabungsfähige glasfaserverstärkte Kunststoffplatten, die unmittelbar nach ihrer Herstellung in eine beheizte Formpresse eingegeben oder aber an einen Weiterverarbeiter geliefert werden können. Im zweiten Fall kann der Filz in der ihm verliehenen Form verpackt werden. Die Verpackungsfolie besteht vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die Matrix (Thermoplast) des Filzes oder aus einem mit diesem kompatiblen, verträglichen Material, so daß sie bei der Formteilherstellung gleich mitverarbeitet werden kann.
  • Bei der Weiterverarbeitung des erfindungsgemäß hergestellten Wirrfaserstoffs zu glasfaserverstärkten Kunststofformteilen hat sich gezeigt, daß gegenüber den in herkömmlicher Weise hergestellten Produkten sowohl eine Erhöhung des Biege-E-Moduls als auch eine Erhöhung der Biegefestigkeit erreicht wird. Die Ursache hierfür dürfte in dem wesentlich besseren Aufschluß der Glasfaserbündel und der homogeneren Mischung mit dem trockenen Bindemittel zu sehen sein. Insbesondere können auch höherwertige, sogenannte technische Thermoplaste mit einer besseren wärmestandfestigkeit als das bisher regelmäßig eingesetzte Polypropylen verarbeitet werden. Insbesondere können beim erfindungsgemäßen Verfahren die einzelnen Komponenten schnell und in kleinen Chargen gewechselt oder in ihrer Menge verändert werden, so daß Matrix (Thermoplast) und Verstärkungstyp jederzeit an das jeweilige Anforderungsprofil der Formteile - beispielsweise beim Auswechseln der Werkzeuge zur Herstellung der Formteile - optimal angepaßt werden können. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet die Möglichkeit zur Herstellung von glasfaserverstärkten Produkten bei reduzierten Investitionskosten und Energieaufwand, insbesondere da einer Verwirbelungskammer auch mehrere unterschiedliche Formwerkzeuge nachgeordnet werden können.
  • Ein wesentlicher Vorteil des durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugte filz- oder watteartigen Zwischenprodukts besteht darin, daß durch die Wirrlage der Einzelfasern und nicht nur von Bündeln derselben, wie beim Stande der Technik eine bessere Fließfähigkeit des erhitzten Produkts bei der Weiterverarbeitung gegeben ist.
  • Die Erfindung sieht weiter ein Erzeugnis zur Herstellung faserverstärkter Thermoplastteile vor, das gekennzeichnet ist durch einen watteartigen Filz, in dem die Einzelfasern nahezu vollständig vereinzelt sind und eine irreguläre Anordnung und Verteilung einnehmen. Bei einem plattenförmigen Halbzeug zur Herstellung faserverstärkter Thermoplastteile sowie einem faserverstärkten Thermoplastformteil sind die Einzelfasern nahezu vollständig vereinzelt und nehmen eine irreguläre Anordnung und Verteilung ein.
  • Halbzeug und Formteil können dabei im Anschluß an die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte grundsätzlich weiter in bekannter Weise hergestellt sein.
  • Nachstehend ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispielen beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
    • Fig. 1 ein Schema eines bevorzugten Verfahrensablaufs;
    • Fig. 2 eine schematische Ansicht der Vorrichtung einer ersten Ausführungsform;
    • Fig. 3 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung;
    • Fig. 4 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
    • Fig. 5 eine gegenüber der Ausgestaltung der Figur 2 abgewandelte Verpackungseinrichtung zur Verpackung des Wirrfaserstoffes.
  • Die Figur 1 zeigt ein Ablaufschema einer bevorzugten Ausge- staltung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Ausgegangen wird einerseits von Glasfasern, die bereitgestellt und über eine Aufgabeeinrichtung 3 zugeführt werden. Statt Glasfasern können auch Kohlefasern, Aramidfasern, Polyesterfasern oder dergleichen verwendet werden. Weiterhin wird das Bindemittel bereitgestellt. Dieses weist zunächst einen Thermoplasten, wie Polypropylen als Matrix auf. Hier ist lediglich zu beachten, daß der Thermoplast als Pulver und bestenfalls grießförmig zugeführt werden muß, so daß gegebenenfalls ein Granulat weiter mittels einer Mühle zu verfeinern ist. Weiterhin kann das Bindemittel Ruß, Wachs sowie sonstige Additive enthalten. Die einzelnen Komponenten werden in herkömmlicher Weise in einem HeizKühlmischer miteinander vermischt und in einem Bunker bereitgestellt. Die einzelnen Komponenten, nämlich Glasfaser und Bindemittel werden dosiert, der Wirbelkammer 1 zugeführt, in die ebenfalls Druckluft zur Verwirbelung eingeblasen wird. Da in der Wirbelkammer 1 kein erhöhter Druck aufgebaut, sondern lediglich die einzelnen Komponenten verwirbelt werden sollen, bestehen seine Wände aus Filtermaterial, durch welches die eingeblasene Luft austreten kann, welches aber die Materialkomponenten zurückhält.
  • Nach der Darstellung werden Glasfasern, Bindemittel und Luft jeweils separat der Wirbelkammer 1 zugeführt, stattdessen können Glasfasern und Bindemittel auch gemeinsam in einen Aufgabetrichter hineindosiert und gemeinsam der Wirbelkammer zugeführt werden. Sie können auch nicht der Wirbelkammer direkt, sondern stattdessen in eine Druckluftleitung, die zur Wirbelkammer 1 führt, eingespeist werden, dies wird weiter unten noch im einzelnen erläutert.
  • Nach hinreichender Verwirbelung der Komponenten in der Wirbelkammer 1 wird eine Austragsöffnung (mittels des Schiebers 4) geöffnet und das verwirbelte Material aus der Wirbelkammer 1 als "Wattebausch" oder Filz 9 ausgestoßen.
  • Zur Halbzeugherstellung wird der Wattebausch oder Filz 9 zwischen Folien 16 geführt und durch diese unter Vakuum in endlos aneinander gereihten Beuteln 21 verpackt.
  • Derart verpackt sind die dosierten Filze 9 lager- und transportfähig, ohne daß eine nachteilige Trennung der einzelnen Komponenten zu befürchten ist.
  • Alternativ kann sogleich eine Fertigwaren- bzw. Bauteilherstellung erfolgen. Hierzu wird der Filz 9 einer Komprimierstation zugeführt und anschließend in geeigneter Weise weiterverarbeitet, nämlich geschmolzen, gegebenenfalls dosiert, einer Presse zugeführt und in dieser in ansich bekannter Weise zum Formteil gepreßt.
  • Während die Parameter der zugeführten Glasfaserbündel in einen größeren Bereich je nach gewüschten Eigenschaften des Fertigprodukts, wie Elastizitätsmodul und Biegefestigkeit, variiert werden können, werden bevorzugter Weise Faserbündel mit einer Länge von 4 bis 25 mm und einer Texturierung von 5,5 bis 300 Tex. eingesetzt. Die Faserbündel können dabei aus 200 bis 800 Einzelfilamenten mit Einzelfadendurchmessern in der Größenordnung von 5 bis 20, vorzugsweise 8 bis 14 pm liegen.
  • Die gute Verwirbelung und damit die Möglichkeit zur Wirrlagenbildung zeigt sich insbesondere daraus, daß bei Zuführung von Glasfasern im vorstehend genannten Bereich mit einer Schüttdichte von 600 bis 800g pro Liter und Bindemittel mit einer Schüttdichte von 500g pro Liter das nach der Verwirbelung entstehende "Watte-Produkt" vor Komprimierung eine Dichte von 20g pro Liter aufweist. Die in die Wirbelkammr eingeblasene Luft kann mit einem Druck, der in weiten Grenzen variierbar ist, zugeführt werden, wobei der Druck allerdings nicht unter 0,5 bar liegen sollte, da dann keine hinreichende Verwirbelung mehr erreichbar ist. Einerseits wird mit höherem Druck die Vermischung verbessert und andererseits eine gleichgute Mischung bei höherem Druck in kürzerer Zeit erreicht. Bevorzugter Weise wird daher ein Druck in der Größenordnung von 7 bis 10 bar eingesetzt, wobei eine gute Vermischung mit der vorstehend genannten Schüttdichte bei den ebenfalls erwähnten Ausgangskomponenten bei 7 bar in einer Zeit von 10 bis 15 Sekunden erreichbar ist.
  • Die in Figur 2 gezeigte Vorrichtung weist als Kernstück eine behälterartige Wirbelkammer 1 auf, in die eine Druckluftleitung 2 nahe dem Boden einmündet. Die Druckluftleitung 2 ist mit einer Aufgabeeinrichtung, z.B. in Form eines Aufgabetrichters 3 versehen, in die eine auf die Größe der Wirbelkammer abgestimmte Menge an Glasfasern und eine entsprechend dosierte Menge an Bindemittelpulver eingegeben wird. Glasfasern und Bindemittel werden beispielsweise durch Injektorwirkung von dem Druckluftstrom in der Leitung 2 mitgerissen. Der Boden der Wirbelkammer 1 ist von einem Schieber 4 gebildet, der in der gezeigten Lage den Behälter nach unten abschließt und in der nicht gezeigten geöffneten Lage den gesamten Behälterquerschnitt freigibt. An seiner Oberseite ist der Behälter 1 mit einer Entlüftung versehen, die beispielsweise durch ein Filter 5 gebildet ist. Hinter dem filter sitzt ein Austragschieber 6, der den Querschnitt des Behälters 1 etwa ausfüllt und mittels eines Hubzylinders 7 angetrieben ist.
  • Die in die Aufgabeeinrichtung 3 zugegebenen Glasfasern und das Bindemittelpulver strömen mit hoher Geschwindigkeit in den Behälter 1 ein und werden dort in eine irreguläre Wirbelströmung, wie sie mit Pfeilen angedeutet ist, umgelenkt. Es bildet sich mit der Zeit innerhalb des Behälters 1 ein Wirrfaserstoff aus den aufgeschlossenen Glasfaserbündeln, der zugleich mit dem Bindemittelpulver homogen gemischt ist.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 läuft unterhalb des Behälters 1 ein Förderband 8 um, wobei unmittelbar unterhalb des Behälters 1 und unter dem Förderband eine nicht gezeigte Gegendruckplatte angeordnet ist. Diese bildet zusammen mit dem Austragschieber 6 eine Verdichtungseinrichtung. Nach Öffnen des Schiebers 4 und Freigabe der Austragsöffnung fährt der Austragsschieber 6 nach unten und schiebt den voluminösen Wirrfaserstoff vor sich her und verdichtet ihn gegen die unterhalb des Förderbandes 8 befindliche Gegendruckplatte zu einem Filz 9. Der Filz 9 wird im Taktbetrieb einer Bandpresse 10 zugeführt, die mit oberen und unteren Heizeinrichtungen 11 versehen ist, so daß der Filz 9 zu einer glasfaserverstärkten Kunststoffplatte als Zwischenprodukt verdichtet wird.
  • Bei der Ausführungsform gemäß Figur 3 ist die ein Teil der Verdichtungseinrichtung bildende Gegendruckplatte 12 erkennbar. Ansonsten entsprechen die Wirbelkammer und die ihr zugeordneten Bauteile im wesentlichen der Ausführungsform gemäß Figur 1. In Abwandlung gegenüber dieser Vorrichtung läuft über der Gegendruckplatte 12 ein Transportschieber 13, der den vorverdichteten Filz von der Gegendruckplatte 12 herunterfördert. Hinter der Gegendruckplatte 12 ist eine Verpackungseinrichtung 14 angeordnet, die zwei Zuführrollen 15 für je eine Folie 16 sowie eine Schweißeinrichtung 17 und einen Packzylinder 18 aufweist. Der mittels des Schiebers 13 von der Gegendruckplatte 12 abgeschobene Filz 9 wird von den Packzylindern 18 zwischen die beiden Folien 16 eingestampft und anschließend die Folie taktweise weitertransportiert, wobei die Schweißeinrichtung 17 die entstehenden Wirrfaserstoff-Portionen zwischen die Folien einschließt.
  • Um die Verwirbelung der Glasfasern innerhalb des Behälters 1 besonders effektiv zu gestalten, kann die Druckluftleitung 2 ein in den Behälter 1 hineinragendes Mundstück 19 aufweisen, dessen Richtung durch Bewegen des Mundstücks veränderbar ist, so daß vermieden wird, daß sich ein gleich bleibender Wirbel innerhalb des Behälters 1 bildet.
  • Die Figur 4 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Wirbelkammer 1. Die Wirbelkammer 1 ist als liegender Zylinder ausgebildet, der an seinen Stirnseiten mit dem Filter 5 bespannt ist. Die obere Zylindermantelhälfte 22 ist fest und undurchlässig. Die untere Zylinderhälfte 23 ist als Verschlußschieber ausgebildet, der entlang des Mantels 22 verschiebbar ist, um so eine Ausgabeöffnung 24 freizugeben. Seitlich, etwa auf halber Höhe der Wirbelkammer 1 ist der Aufgabetrichter 3 angeordnet, in den die Einzelkomponenten, insbesondere Glasfasern und Bindemittel eindosiert werden. Der Aufgabetrichter 3 ist zur Wirbelkammer 1 hin mittels eines Schiebers 26 verschlossen, der zum Aufgeben des Materials in die Wirbelkammer geöffnet werden kann. Im Bereich der untersten Stelle der Wirbelkammer 1 führte die DrucKluftleitung 2 etwa tangential zum Zylindermantelumfang in die Wirbelkammer 1, wobei die einströmende Luft entgegen der Schüttrichtung des Materials aus dem Aufgabetrichter 3 einströmt. Die Ausgabeöffnung 24 wird durch eine Schütte begrenzt, die durch zueinander zulaufende Leitbleche 27 gebildet ist. Das durch Öffnen des Schiebers 23 aus der Wirbelkammer 1 durch die Schütte 27 herausfallende Material kann dann in der weiter oben beschriebenen Weise in Folienbeuteln abgefüllt oder kompaktiert, gegebenenfalls auch in anderer als vorstehend erläuterter Weise, und anschließend weiterverarbeitet werden.
  • Insbesondere kann der Wirrfaserstoff auch in von der unter Bezugnahme auf die Figur 3 beschriebenen Weise abweichender Art verpackt werden. Dies ist in der Figur 5 dargestellt. Die Verpackungseinrichtung 14 der Figur 5 weist eine Zylinderwalze 31 auf, die auf ihrem Umfangsrand im Schnitt halbkreisförmige Ausnehmungen 32 hat, die stirnseitig begrenzt sind. Es sind weiterhin, wie bei der Ausgestaltung der Figur 3 zwei Zuführrollen 15 für je eine Folie 16 sowie eine Schweißeinrichtung 17 vorgesehen. Die Zylinderwalze 31 ist unter der Schütte 27 der Wirbelkammer 1 (Figur 4) angeordnet. Eine Folienbahn 16 wird in die Ausnehmung 32 im Mantel der Zylinderwalze 31 eingelegt. Anschließend wird die entsprechende Ausnehmung 32 mit eingelegter Folie 36 unter der Schütte 27 hindurchgeführt, wobei dies vorzugsweise im gleichen Takt geschieht wie die Verwirbelung einzelner Portionen in der Wirbelkammer 1 erfolgt. Eine in der Wirbelkammer 1 verwirbelte Portion des Wirrfaserstoffes rutscht in die entsprechende Ausnehmung 32. Beim nachfolgenden Weitertransport wird eine weitere Folie 16 über den in der Ausnehmung 32 befindlichen Wirrfaserstoff gelegt und an Mantelstellen der Zylinderwalze zwischen zwei Ausnehmungen 32 jeweils mittels der Schweißeinrichtung 17 mit der ersteingelegten Folie verschweißt, so daß einzelne Portionspackungen oder Beutel 21 gebildet werden.

Claims (28)

1. Verfahren zur Herstellung eines Wirrfaserstoffs aus geschnittenen Glasfaserbündeln und einem Bindemittel auf Polymerbasis als Ausgangsprodukt für die Herstellung glasfaserverstärkter Kunststofformteile, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfaserbündel in turbulenter Luftströmung verwirbelt und auffilamentiert werden und das Bindemittel zumindestens während des Verwirbelns in Pulverform zugegeben wird.
2 . Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfaserstränge in einer turbulenten Luftströmung auffilamentiert werden bis Einzelfilamente vorliegen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfaserstränge in der turbulenten Luftströmung herumwirbeln und von den beiden Enden aus auffilamentieren.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Glasfasern und Bindemittel gleichzeitig der Verwirbelung zugeführt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel zusammen mit den Glasfasern in die Luftströmung eingegeben wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfaserbündel und das Bindemittel in einen Druckluftstrom eingegeben und die mit Glasfasern beladene Luft in eine turbulente Wirbelströmung wechselnder Richtung umgelenkt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Glasfasern und Bindemittel diskontinuierlich chargenweise verwirbelt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfaserbündel und das Bindemittel direkt in eine Wirbelkammer eingegeben werden und anschließend mit Druckluft verwirbelt werden. ;
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfaserbündel und das Bindemittel in der turbulenten Wirbelströmung großen Geschwindigkeitsänderungen ausgesetzt werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß pulverförmiges Bindemittel mit einer kantigen und rauhen Oberflächengestalt zugeführt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß beim Verwirbeln die Komponenten elektrostatisch aufgeladen werden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11,dadurch gekennzeichnet, daß der bindemittelhaltige Wirrfaserstoff nach seiner Bildung zu einem filz artigem Gebilde verdichtet wird.
13. Vorrichtung insbesondere-zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Wirbelkammer (1) und eine in diese einmündende Druckluftleitung (2) sowie wenigstens eine Aufgabeeinrichtung (3) für die Glasfaserbündel und das Bindemittelpulver.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelkammer eine Entlüftung aufweist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14,dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluftleitung (2) ein in die Wirbelkammer (1) reichendes Mündungsstück (19) aufweist, das in sich ändernder Richtung mit Bezug auf die Wirbelkammer beweglich ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15,dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelkammer als Behälter (1) mit einer sich über den Behälterquerschnitt erstreckenden Austragsöffnung ausgebildet ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16,dadurch gekennzeichnet, daß die Aufgabeeinrichtung (3) in die Druckluftleitung (2) mündet.
18. Vorrichtung nach den Ansprüchen 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein in den Behälter von der der Austragsöffnung gegenüberliegenden Seite eintauchender und bis zur Austragsöffnung beweglicher Austragsschieber (6) vorgesehen ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16,dadurch gekennzeichnet, daß die Aufgabeeinrichtung (3) mit Abstand zur Mündung der Druckluftleitung (2) in die Wirbelkammer (1) mündet.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelkammer als liegender Zylinder ausgebildet ist, in dessen Mantel Druckluftleitung (2) und Aufgabeeinrichtung (3) münden und dessen Austragsöffnung im Mantel ausgebildet und durch einen der Mantelkontur folgenden verschwenkbaren Austragsschieber verschließbar ist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß an dieser Austragsöffnung sich eine Schütte (27) anschließt.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 21 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an die Austragsöffnung eine Verdichtungs- einrichtung (6, 12) angeschlossen ist.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtungseinrichtung von dem Austragsschieber (6) und einer mit Abstand von der Austragsöffnung angeordneten Gegendruckplatte (12) gebildet ist.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 und 23,dadurch gekennzeichnet, daß an die Verdichtungseinrichtung (6, 12) eine beheizte Bandpresse (10) zur Weiterverarbeitung des verdichteten Glasfaserfilzes (9) zu glasfaserverstärkten Kunststoffplatten als Zwischenprodukt für die Herstellung von Formteilen angeschlossen ist.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 23,dadurch gekennzeichnet, daß hinter der Austragsöffnung (6, 12) eine Einrichtung (14) zum Abpacken des Glasfaserfilzes (9) in Folienpackungen angeschlossen ist.
26. Erzeugnis zur Herstellung faserverstärkter Thermoplastteile, gekennzeichnet durch einen watteartigen Filz, in dem die Einzelfasern nahezu vollständig vereinzelt sind und eine irreguläre Anordnung und Verteilung einnehmen.
27. Halbzeug,insbesondere plattenförmig zur Herstellung faserverstärkter Thermoplastteile, gekennzeichnet durch einen Faserfilz, in dem die Einzelfasern nahezu vollständig vereinzelt sind und eine irreguläre Anordnung und Verteilung einnehmen.
28. Faserverstärktes Thermoplastformteil, gekennzeichnet durch einen Faserfilz, in dem die Einzelfasern nahezu vollständig vereinzelt sind und eine irreguläre Anordnung und Verteilung einnehmen.
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